Расчет открытой зубчатой передачи.

 

    Расчет открытой зубчатой передачи производится по той же методике, что и при механизме подъема груза.

    uо.п. = 10 - передаточное число открытой зубчатой передачи.

    1) Назначаем материал: для шестерни выбираем сталь марки 35ХГСЛ (улучшение, HB1 = 220), для колеса - сталь марки 35ГЛ (улучшение, HB1 = 190).

    2) Определяем модуль зацепления из условия прочности зубьев на изгиб по формуле 2.3.1. (Z1 = 20 - число зубьев шестерни).

    Для этого определим сначала допускаемое напряжение на изгиб по формуле 2.3.3.

    Средняя твердость НВ = (190+220) / 2 = 205.

    Предел выносливости зубьев при изгибе для выбранной марки стали sFlim b = 1,8 * НВ = 1,8 * 205 = 369 Мпа.

    Допускаемое напряжение на изгиб будет равно:

[sF] = (369 * 1 * 1) / 2 = 199,5 МПа

    Определяем модуль зацепления:

 

 

    По СТ СЭВ310-76 полученное значение модуля зацепления округляем до ближайшего стандартного значения по табл. 8. /4/; m = 7 мм.

    3) Расчет геометрических размеров шестерни и колеса.

    Делительные диаметры определяются по формулам 2.3.4.:

d1 = m * z1 = 7 * 20 = 140 мм

d2 = m * z2 = m * z1 * uо.п. = 7 * 20 * 10 = 1400 мм

    Диаметры вершин зубьев определяются по формулам 2.3.5.:

dа1 = d1 + 2 * m = 140 + 2 * 7 = 157 мм

dа2 = d2 + 2 * m = 1400 + 2 * 7 = 1414 мм

    Диаметры впадин зубьев определяются по формулам 2.3.6.:

df1 = d1 - 2,5 * m = 140 - 2,5 * 7 = 122,5 мм

df2 = d2 - 2,5 * m = 1400 - 2,5 * 7 = 1382,5 мм

    Ширина венца колеса и шестерни определяются по формулам 2.3.7.:

b2 = ybd * d1 = 0,5 * 140 = 70 мм

b1 = b2 + (2...5) = 70 + 4 = 74 мм

    Межосевое расстояние определяется по формуле 2.3.8.:

аw = 0,5 * (d1 + d2) = 0,5 * (140 + 1400) = 770 мм

    4) Определяем окружную скорость по формуле 2.3.9.:

v = (p * d1 * nш) / (60 * 1000) = (3,14 * 140 * 800) / (60 * 1000) = 5,9 м/с

    Назначаем 8-ю степень точности изготовления.

    5) Проверочный расчет на изгибочную прочность у основания зубьев шестерни выполняем по условию 2.3.10., где КFV = 1,58 по табл.2.7. /7/:

 

 

    Условие на изгибную прочность выполняется.

    6) Определяем внутренние диаметры ступиц: для шестерни по формуле 2.3.11.; для колеса по формуле 2.3.12.:

 

 

    Наружные диаметры ступиц у торца для стальных колес определяются по формуле 2.3.13.:

для шестерни dст = 1,6 * dв1 = 1,6 * 65 = 104 мм

для колеса      dст = 1,6 * dв2 = 1,6 * 138 = 221 мм

    Длина ступиц определяется по формуле 2.3.14.:

для шестерни l ст = 1,2 * dв1 = 1,2 * 65 = 78 мм

для колеса      l ст = 1,2 * dв2 = 1,2 * 138 = 166 мм

    Толщина обода колеса определяется по формуле 2.3.15.:

D2 = 2,5 * m = 2,5 * 7 = 17,5 мм

    Толщина диска колеса определяется по формуле 2.3.16.:

С = 3 * m = 3 * 7 = 21 мм

 

 

Подбор соединительной и предохранительной муфт.

 

    После начала торможения кран мгновенно остановиться не может. В этом случае должно срабатывать предохранительное устройство - иначе произойдет поломка механизма. В качестве предохранительного устройства применяют муфту предельного момента фрикционного типа.

    Расчетный момент предохранительной фрикционной муфты определяется по формуле /4/:

Ммуф.фр. =1,2 * Мпуск * uред * hред,                (3.6.1.)

где Мпуск - пусковой момент электродвигателя (для нашего двигателя Мпуск = 40 Н*м по табл. 6П. /2/).

Ммуф.фр. =1,2 * 40 * 40 * 0,74 =1314 Н*м

    Расчетный момент для выбора соединительной муфты между двигателем и редуктором определяется по формуле /4/:

Ммуф.с. =К1 * К2 * (Мст * hм) / uм,                    (3.6.2.)

где К1 - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма; определяется по табл. 9. /4/ (при режиме работы - легкий К1 = 1,4);

К2 - коэффициент, учитывающий режим работы механизма, определяется по табл. 9. /4/ (при режиме работы - легкий К2 = 1,1);

Мст - статический момент, приведенный к валу двигателя, Н*м; определяется по формуле /4/:

Мст = (Мтр + Мв.ск) / (uм * hм),                 (3.6.3.)

Мст = (983,8 + 2184,8) / (400 * 0,7) = 11,3 Н*м

    По формуле 3.6.2. расчетный момент соединительной муфты будет равен:

Ммуф.с. =1,4 * 1,1 * (11,3 * 0,7) / 400 = 0,03 Н*м

    По табл. 11П. /2/ выбираем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом.

    Техническая характеристика: крутящий момент не более 2000 Н*м; маховый момент GD2муф = 2,05 кг*м2; диаметр тормозного шкива Dт = 300 мм; ширина тормозного шкива Вт = 145 мм.

 

 

Выбор тормоза и его расчет.

 

    Тормоз в механизме поворота служит для гашения сил инерции вращающихся масс крана, а также момента от ветровой нагрузки. Силы трения в опорах способствуют торможению.

    Тормозной момент определяется по формуле /5/:

 

 

    По табл.12П. /2/ выбираем двухколодочный пружинный тормоз типа ТКТ-300/200 с короткоходовым электромагнитом МО-200Б. Табличный момент этого тормоза равен 240 Н*м при ПВ - 40%, у нас же ПВ %. Тормозную ленту для обкладок выбираем типа А (по ГОСТ 1198-78), тормозной шкив - стальное литье.

    Техническая характеристика: Dт = 300 мм; Вт = 145 мм; а1 = 190 мм; а2 = 430 мм; Вк = 140 мм; Мя = 3,6 Н*м; е = 40 мм; a = 5,50; Мэм = 40 Н*м.

    Производим расчет тормоза по той же методике, что и в механизме подъема груза.

    Определяем силу трения между колодкой и шкивом по формуле 2.8.3.:

Fторм = Мторм / Dт = 111 / 0,3 = 370 Н

    Определяем усилие прижатия колодки к тормозному шкиву по формуле 2.8.4.:

N = Fтр / f = 370 / 0,37 = 1000 Н

    Определяем длину дуги колодки при угле обхвата тормозного шкива колодкой n = 700 по формуле 2.8.6.:

Lк = (p * Dт * n) / 360= (3,14 * 0,3 * 70) / 360 = 0,183 м

    Проверяем колодки на удельное давление по условию 2.8.5.:

р = N / (Bк * Lк) = 1000 / (0,14 * 0,183) = 39032 Па = 0,04 МПа,

что меньше 0,3 МПа - допускаемого значения для выбранных материалов.

Определяем окружную скорость на ободе шкива по формуле 2.8.9.:

v = (p * Dт * nдв) / 60 = (3,14 * 0,3 * 800) / 60 = 12,56 м/с

    Определяем расчетную скорость на ободе шкива по формуле 2.8.8.:

v р = с0 * v = 1,15 * 12,56 = 14,4 м/с

    Проверка колодки на нагрев по удельной мощности трения по формуле 2.8.7.:

А = p * v р * f = 0,4 * 14,4 * 0,37 = 0,2 МН/м*с £ [А] = 1,5...2,0 МН/м*с

 

Расчет рабочей пружины тормоза.

    Рабочее усилие в главной пружине определяется по формуле 2.8.10.:

Fгл = N * a1 / a2 + Mяк / е + Fbc

Fгл = 1000 * 0,19 / 0,43 + 3,6 / 0,04 + 40 = 571,9 Н

    Расчет пружины производим по расчетной силе Fр с учетом дополнительного сжатия по формуле 2.8.11.:

Fр = Fгл * К0 = 571,9 * 1,3 = 743,5 Н

    Определяем диаметр проволоки для главной пружины из расчета на деформацию кручения по формуле 2.8.12.:

 

 

    Из ряда диаметров по ГОСТ 13768-68 на параметры витков пружин принимаем dпр = 6 мм.

    Средний диаметр пружины D = с * dпр = 6 * 6 = 36 мм.

Обозначение пружины: 60С2А-Н-П-ГН-6,0 ГОСТ 14963-69.

    Для определения числа рабочих витков задаемся длиной Нd и шагом рd пружины в рабочем (сжатом) состоянии:

Нd = (0,4...0,5) * Dт = 0,45 * 300 = 135 мм

рd = (1,2...1,3) * dпр = 1,2 * 6 = 7,2 мм

    Число рабочих витков определяем по формуле 2.8.14.:

n = (Hd - dпр) / рd = (135 - 6) / 7,2 = 17,9

Величину n округляем до целого числа, т.е. n = 18.

    Определяем жесткость пружины по формуле 2.8.13.:

Z = (G * dпр4) / (8 * D3 * n) = (8 * 104 * 64) / (8 * 363 * 18) = 27,4 Н/мм

    Определяем длину нагруженной пружины по формуле 2.8.15.:

Н0 = Нd + (1,1...1,2) * Fp / Z

Н0 = 135 + 1,15 * 743,5 / 92,6 = 144 мм

    Сжатие пружины при установке ее на тормозе:

Н0 - Нd = 144 - 135 = 9 мм

    Угол поворота якоря электромагнита (a) для магнита a = 5,50; переведем в радианы:

a = (5,5 * 2 * p) / 360 = (5,5 * 2 * 3,14) / 360 = 0,096 рад

 

    Определяем дополнительное сжатие пружины по формуле 2.8.18.:

h = a * е = 0,096 * 40 = 3,84

    Определяем максимальное усилие в пружине при ее дополнительном сжатии по формуле 2.8.17.:

Fмакс = Fгл + Z * h = 571,9 + 92,6 * 3,84 = 927,5 Н

 

    Определяем наибольшее напряжение в пружине по формуле 2.8.16:

tмакс = (8 * D * Fмакс * К) / (p * dпр3)

tмакс = (8 * 36 * 927,5 * 1,24) / (3,14 * 63) = 380 МПа £ [t] = 400 МПа

    Определяем отход колодок от шкива по формуле 2.8.19.:

d = (а1 / (2 * а2)) * h = (190 / (2 * 430)) * 3,84 = 0,85 мм

    Отход колодок от тормоза регулируется в пределах от 0,5 до 0,8 мм.

 

Проверочный расчет электромагнита.

    Работа электромагнита Wэм тормоза должна быть больше работы растормаживания Wр.

    Определяем работу электромагнита тормоза по формуле 2.8.20.:

Wэм = Мэм * a = 40 * 0,096 = 3,84 Н*м

    Определяем работу растормаживания колодок по формуле 2.8.21:

Wр = (2 * N * d) / (0,9 * h)

Wр = (2 * 1000 * 0,8) / (0,9 * 0,95 * 103) = 1,9 Н*м

Wэм > Wр, следовательно электромагнит подходит.